NIELS BOHR
d. 7 Ekim 1885, Kopenhag – ö. 18 Kasım 1962, Kopenhag
Danimarkalı fizikçi. Kuantum kuramını atom yapısının belirlenmesinde ilk kez uygulayarak kendi adıyla anılan atom modelini ouşturmuş, Kuantum fiziğinin gelişmesinde 50 yıla yakın bir süre öncü rol oynamıştır. Ayrıca atom çekirdeğinin sıvı damlacığı modelini geliştirmiştir.
Gençliği,Bohr’un babası Christian Bohr Kopenhag Üniversitesi’nde solunum olayının fiziksel ve kimyasal yönleri üzerine araştırmalarıyla tanınmış bir fizyoloji profesörüydü. Annesi Ellen Adler Bohr ise bankacılık ve parlamento çevrelerinde etkili zengin bir Yahudi aileden geliyordu. Bilime eğilimi ve bu alandaki yetenekleri küçük yaşta belirginleşen Bohr, bu yetilerini geliştirmede ailesinden büyük destek gördü. Yaşamı boyunca yakın dost olarak kaldıkları kardeşi Harald Bohr da, gençliğinde futbolcu olarak ün yaptıktan sonra, önde gelen bir matematikçi olmuştur.
Kopenhag Üniversitesi’nde sırasında başarılarıyla dikkati çeken Bohr, akışkanlardaki yüzey gerilimlerinin ölçülmesi amacıyla çok hızlı akış halindeki suyun titreşimleri üzerinde yaptığı duyarlı deneyler ve bu konudaki kurumsal çözümlemeleri nedeniyle Danimarka Kraliyet Bilim ve Edebiyat Akademisi’nin altın madalyasıyla ödüllendirildi. 1911’de metallerin elektron kuramı üzerindeki teziyle doktorasını aldı. Bohr, tezinde, maddenin atomlar düzeyinde incelenmesinde klasik fiziğin yetersiz kaldığını vurguluyordu. Doktorasını aldıktan sonra çalışmalarını Cambridge Üniversitesi’nde Sir J. J. Thomson’un yanında sürdürmek amcıyla İngiltere’ye gitti. Thomson, daha önce kendisi de aynı konu üzerinde çalışmış olmasına karşın, metallerin elektron kuramına pek ilgi göstermeyince Bohr, burslu olduğu bir yıllık sürenin kalan yarısını geçirmek üzere Mart 1912’de Manchester’a gitti ve orada Ernest Rutherford’un atom yapısına ilişkin araştırmalar yapan grubuna katıldı.
Bohr, Manchester’da Rutherford’un kısa bir süre önce öne sürdüğü çekirdekli atom modelinin kurumsal sonuçları üzerinde çalıştı. Bir elementin atomunun çekirdeğindeki elektrik yükünün kaç doğal birimlik olduğunu ifade eden ve elementlerin periyodik tablodaki yerini belirleyen atom numarasının önemini ilk kavrayan fizikçilerden biri oldu. Elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin, bunların atomlarında çekirdek çevresinde dolanan elektronlardan kaynaklandığını ve ortadaki küçük ve yoğun çekirdeğin yalnızca elementin atom ağırlığını ve (varsa) radyoaktiflik özelliklerini belirlediğini ortaya koydu. Rutherford ‘un çekirdekli atomu, hem mekanik, hem de elektromagnetik açıdan kararsız yapıdaydı. Bohr, Max Planck, Einstein ve daha birçok kurumsal fizikçinin geliştirmiş olduğu Kuantum kuramının yeni ve henüz pek açıklığa kavuşmamış kavramlarını kullanarak Rutherford atom modeline kararlılık kazandırdı. Bunu gerçekleştirirken, bir atom için ancak belirli sayıda kararlı ve durağan halin olanaklı olduğu ve bu hallerin her birinin belirli bir enerji düzeyine geldiği kabulünden yola çıkmıştı.
Bohr’un atomunun Kuantum kuramına ilişkin çalışmasının en dikkat çekici sonucu, hidrojen atomunun saldığı ışığın tayfında gözlenen bir dizi çizginin nedeninin açıklanabilmesi oldu. Bohr, geliştirdiği kuramdan yola çıkarak, bu tayf çizgilerinin frekanslarını, elektronun yük ve kütlesi ile Planck sabiti (h simgesiyle gösterilen eylem Kuantumu) cinsinden oldukça kesin bir biçimde belirleyebiliyordu. Bu amaçla atomun, kararlı hallerinden birinde kaldığı sürece ışınım salmayacağı, ancak bir kararlı halden bir başkasına geçerken ışınım salacağı varsayımını da öne sürüyordu. Salınan ışınımın frekansı, bu iki kararlı hale karşılık gelen enerji düzeyleri farkının Planck sabitine bölünmesiyle elde edilen değere eşitti. Bu, atomun saldığı ya da yuttuğu enerjinin sürekli değerler alamayacağı, ancak sonlu adımlarla (kuvantalanmış şıçramalarla) değişebileceği anlamına geliyordu. Bundan, ayrıca, atomun saldığı ışınımların frekanslarının, elektronların atom içindeki devinimlerinin frekanslarıyla ilgisi olmadığı sonucu çıkıyordu. Bohr’un çağdaşı fizikçilerin bir bölümü bu düşünceyi kabul etmekte özellikle güçlük çektiler. Ama spektroskopik ölçümler ve başka deneyler Bohr’un kuramından doğan sonuçları doğrulayınca fizikçilerin büyük bir bölümü bu kuramın, Einstein’ın deyimiyle “çok büyük bir başarı” olduğunu görmekte gecikmediler.
Bohr 1912 yazında Manchester’dan, Kopenhag’a döndü; nişanlısı Margrethe Norlund ile evlendi ve atomun yapısına ilişkin çalışmasını sürdürdü. Bu çalışma 1913’te Kopenhag’da tamamlandı, ama ilk kez İngiltere’de yayımlandı. Önce Kopenhag’da, sonra Manchester’daki öğretim üyeliği görevlerinin ardından Bohr, Kopenhag’da profesörlüğe getirildi. Kopenhag Üniversitesi onun için bir Kurumsal Fizik Enstitüsü kurulmasına karar verdi. Bohr, 1921’de çalışmaya başlayan bu enstitünün yöneticiliğini yaşamının sonuna değin sürdürdü.
Danimarka’nın tarafsızlığının savaşan taraflarca kabul gördüğü I. Dünya Savaşı sırasında ve savaştan sonra, 1920’lerde Bohr, çalışmalarını birbiriyle ilişkili iki problem üzerinde yoğunlaştırdı. Atom düzeyinde klasik mekaniğin ve klasik elektrodinamiğin yerini alabilecek ve atomlarla ilişkili bütün durumları incelemede yeterli olabilecek tutarlı bir Kuantum kuramı oluşturmaya çalıştı. Ayrıca bütün kimyasal elementlerin atomlarının yapı özelliklerini belirlemeye, özellikle periyodik tablodaki düzenliliği ve atomların saldığı ışımın tayflarında gözlenen karmaşık yapıyı açıklamaya yöneldi. Fiziğin henüz, temellerinin iyi belirlenmemiş, kuramlarının geçici, modellerinin ise kuşkulu olduğu bu döneminde Bohr, kendisinin geliştirmiş olduğu karşılanım ilkesinden sık sık yararlanıyordu. Bu ilke uyarınca durağan haller arasındaki (Kuantum varsayımına göre ele alınan) her geçiş süreci, elektronların klasik mekaniğe göre betimlenen deviniminde ortaya çıkan tek frekanslı bir armonik bileşenle karşılanabiliyordu. Bohr’un kendi değimiyle “durağan haller için enerji düzeylerinin belirlenmesinde koşullar öyleydi ki, art arda iki durağan halin birbirine iyice yakın olduğunun varsayıldığı limit durumunda, bunların enerji düzeyleri arasındaki farkın Planck sabitine bölünmesiyle hesaplanan ışımın frekansı, bu durağan hallerde sistemin deviniminden klasik kuram yardımıyla bulunacak frekansla çakışmaya doğru gidecekti”. Gerçekten de, birbirinden çok farklı iki yöntemle hesaplanan frekanslar (uygun limit koşullarında) tümüyle aynı çıkıyordu.
Bohr’un Kopenhag’daki enstitüsü, kısa sürede, atom fiziği ve Kuantum kuramı çalışmalarında uluslararası bir merkez durumuna geldi. Enstitünün açılış yıllarından başlayarak bir çok araştırmacı burada Bohr ile birlikte çalıştı. Bunlar arasında Hollanda’dan H.A. Kramers, Macaristan’dan George da Hevesy, İsveç’ten Oskar Klein, Almanya’dan Werner Heisenberg ve Wolfgang Pauli, A.B.D.’den John Slater ve daha bir çok bilim adamı vardır. Bu fizikçiler Kopenhag’da aylarca, hatta yıllarca kalıyorlar ve enstitüde özel bir araştırma atmosferi oluşmasına katkıda bulunuyorlardı. Bohr da birçok Avrupa ülkesine, Kanada’ya ve A.B.D.’ye giderek dersler veriyor, konuşmalar yapıyordu. Atom kuramına katkıları dolayısıyla 1922 Nobel Fizik Ödülü Bohr’a verildi.
Bohr (tüm meslektaşlarının o dönemdeki düşüncelerinin ötesinde bir öngörüyle) fizikte daha da radikal değişikliklerin ortaya çıkacağına inanıyor ve varolan atom modellerinin simgesel nitelikli ve geçici olduğunu vurguluyordu.
1924’te Bohr, enerjinin ve momentumun korumunu yasalarını atom düzeyinde kesinlikli olarak geçerli olmayabileceği, ancak istatiksel ortalamalar biçiminde geçerli olabileceği kanısındaydı. Işığın parçacık benzeri niteliklerinde görülen çelişkilerden kaçınmak için başvurulan bu yolun savunulmasının olanaksız olduğu, ayrıca böyle bir kabule gerek de bulunmadığı kısa sürede kanıtlandı. Bundan sonraki birkaç yıl içinde, Bohr’un ön gördüğü yeni sentez gerçekleşti ve gerçek bir Kuantum mekaniği ortaya çıkarıldı. Fizikçi J. Robert Oppenheimer bu gelişmelerden şöyle söz eder : “Destansı günler yaşanıyordu. Gerçekleştirilenler bir kişinin ürünü değildi, çeşitli ülkelerden pek çok bilim adamının işbirliğinin sonucuydu. Ama Niels Bohr’un yaratıcı, usta ve eleştirici önderliği bu zor ve önemli işte, başından sonuna değin, yol gösterici, derinleştirici ve denetleyici bir rol oynadı.” Yeni Kuantum mekaniği, matematiksel bir yapı olmanın ötesinde, fiziksel bir yorum gerektiriyordu. Bu yorum Bohr ile onun atom fiziğinin başkenti durumundaki enstitüsünü sürekli akan fizikçiler arasındaki, doğanın bu yeni matematiksel betimlemesiyle deneysel fiziğin yöntem ve sonuçları arasında nasıl bağıntı kuracağına ilişkin yoğun tartışmalar sonucunda oluştu.
Bohr, Kuantum fiziğinin kendine özgü özelliğine, “atom düzeyinde, nesnelerin kendi davranışları ile olayların gerçekleşme koşullarını belirleyen ölçü aygıtlarının etkileşimleri arasında kesin bir ayrım yapmanın olanaksızlığı anlamına gelen” tümleyicilik ilkesinde görüyordu. Kendi geliştirdiği bu ilkenin sonucu olarak, “farklı deneysel koşullarda elde edilen sonuçlar tek bir betimleme içinde kavranamaz ; bunların birbirlerini (nesneler hakkında elde edilebilecek toplam bilgiyi ancak tüm olguların toplamı sağlar anlamında) tümlediklerini kabul etmek gerekir.” Kuantum fiziğine Kopenhag okulunun getirdiği bu fiziksel açıklama giderek fizikçilerin büyük bir bölümünce kabul gördü. Bu yoruma karşı çıkanlar arasındaki en ünlü bilim adamı ise Einstein idi.
Einstein, Bohr’un ilk çalışmalarına büyük hayranlık duymuş, bu çalışmaları “düşünce alanında en büyük müzikalite” olarak nitelemişti. Ama Bohr’un, Kuantum mekaniğini, klasik fiziğin atom düzeyindeki olayların anlaşılmasına yönelik akılcı bir genelleştirilmesi olarak yorumlamasını hiç bir zaman kabul etmedi. Bu iki bilim adamı fiziğin temel sorunlarını bir çok kez tartıştılar ama görüşleri hiç bir zaman uyuşmadı. Bohr, bu tartışmalardan söz ederken, Einstein’ın zorlu itirazlarının kendi düşüncelerinin evrimindeki önemli rolünü ve bu tartışmaların kendisinde bıraktığı kalıcı ve derin etkileri hep vurgulamıştır. Abraham Pais’in deyişiyle, “Einstein’ın onun için hep yol gösterici, kutsal ve kavgacı bir dost olarak kaldı. Ölümünden sonra bile Bohr onunla, sanki yaşıyormuş gibi tartışmalarını sürdürdü.”
1930’larda Bohr, Kuantum kuramının ortaya çıkardığı felsefi sorunlar üzerinde çalışmalarını sürdürdü. Bir yandan da çekirdek fiziği alanına katkılarda bulundu. Geliştirdiği atom çekirdeği modelinde çekirdek bir sıvı damlacığı biçiminde betimleniyordu. Bu model bir çok çekirdek tepkimesinin, özellikle çekirdek bölünmesinin (çekirdeğin çok büyük enerji açığa çıkararak ikiye ayırması) anlaşılmasında önemli rol oynadı.
Bohr’un enstitüsü II. Dünya Savaşı’nın başlamasına değin kuramsar fizikçilerin odak noktası olmayı sürdürdü. Çekirdek fiziği üzerindeki yıllık toplantılar, resmi ya da gayriresmi, kısa ya da uzun süreli ziyaretler, Kuantum fiziğiyle ilgili hemen bütün bilim adamlarını Kopenhag’a getiriyordu. Bohr’un birçok çalışma arkadaşı, enstitüde o yıllarda egemen olan atmosferden sevgiyle söz etmişler ; çeşitli ülkelerden bir çok genç fizikçinin fiziğe duydukları çok ciddi ilgiyi ve dış dünyada giderek kararan siyasal duruma ilişkin tasaları aşan bir kaygısızlıkla nasıl birlikte çalışıp birlikte eğlendiklerini anlatmışlardır. Grubun ön neşeli üyelerinden biri olan H. B. G. Casimir, o günleri anımsarken “aramızdaki yoğunlaşma yeteneği ve dayanma gücü en yüksek kişi olan Bohr bile bulmaca çözerek, spor yaparak, şakalı konuşmalarla dinlenmek gereğini duyardı” demektedir.
Sonraki yılları,Danimarka 1940’ta Almanya’nın istilasına uğradığında Bohr, enstitünün çalışmalarını sürdürebilmek ve Danimarka kültürünü Nazi etkisinden koruyabilmek amacıyla elinden gelen çabayı harcadı. Annesinin Yahudi oluşundan ve saklamaya hiç gerek görmediği Nazi karşıtı görüşlerinden ötürü tutuklanacağının kesinleşmesi üzerine 1943’te Danimarka direniş hareketi tarafından karısı ve ailesinden birkaç kişiyle birlikte, gece karanlığında ve bir balıkçı teknesiyle İşveç’e kaçırıldı. Birkaç gün sonra da İngiliz hükümetinin gönderdiği silahsız bir “Mosquito” bonbardıman uçağıyla, neredeyse yaşamına mal olacak çok tehlikeli bir yolculuk yaparak, İngiltere’ye geçti. Bunu izleyen iki yılda (sonraki yaşamında babasının yolundan yürüyerek kuramsal fizikçiliği seçen, Kopenhag’daki enstitünün başına gelecek ve Nobel Fizik Ödülü alacak olan) oğlu Aage ile birlikte atom bombası yapımı projesinde çalıştı. Bu çalışmaların birkaç ayı İngiltere’de, sonraki bölümü ise bir İngiliz araştırmacı grubuyla birlikte gittikleri A.B.D.’deki Los Alamos laboratuvarlarında gerçekleşti.
Atom bombasının insanlık için oluşturduğu dehşet verici tehlikeye ilişkin kaygıları, Bohr’u 1944’te İngiltere başbakanı Winston Churchill’i ve A.B.D. başbakanı Franklin D. Roosevelt’i bu tür sorunlarda uluslararası işbirliğinin gerekliliğine ikna etme çabalarına yöneltti. Bu çabalarında başarı kazanamayan Bohr, akılcı ve barışçı yöntemlerin savunuculuğunu yapmayı sürdürdü. 1950’de Birleşmiş Milletler’e gönderdiği bir açık mektupta, “uluslararası işbirliğine açık bir dünya” görüşünü savundu. Düşüncelerin ve insanların ülkeler arasında özgürce dolaşımının, nükleer silahların denetiminin sağlanması için gerekli olduğu görüşünü savunan Bohr, aralarında 1955’te Cenevre’de toplanan Birinci Uluslararası Atom Enerjisinin Barışçıl Kullanımı Konferansı da bulunan birçok uluslararası girişimin öncülüğünü yaptı ; Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi’nin (CERN) kuruluşunda çaba harcadı. 1957’de A.B.D.’nin Barış İçin Atom Ödülü ilk kez ona verildi. Bohr, daha birçok ödülle onurlandırılmıştır. 1967’de Dubna Nükleer Araştırma Enstitüsü’nde 105 sayılı elementi yapay olarak elde ettiklerini belirten SSCB’li fizikçiler bu elemente sonradan “nielsbohryum” adını önerdiler. Aynı elementi 1970’te Berkeley’deki California Üniversitesi’nde elde ettiklerini belirten A.B.D.’li fizikçiler ise “hahniyum” adını önermişler ve bu sorun bir anlaşmazlık konusu olarak kalmıştır.
Yaşamının son yıllarında Bohr, tümleyicilik kavramının, biyoloji ve antropolojiden, insanın hem eylem yapan, hem de kendi eylemlerini gözleyen bir varlık olmasından kaynaklanan sorunlara kadar uzanan alanlarda, insan yaşamı ve düşüncelerine ilişkin çeşitli konuları nasıl açıklayabileceğini göstermeye çalıştı. Birkaç kşaktan fizikçinin bilime ve yaşama yaklaşımlarını derinden etkilemiş olan Bohr’un, en genç çalışma arkadaşlarından bile her zaman bir şeyler öğrenmeye hazır bir kişiliği vardı. Çalışma arkadaşlarıyla, iki oğluyla, eşiyle ve kardeşiyle aralarındaki çok yakın kişisel ilişkiler, yaşamındaki bellibaşlı güç kaynağıydı. Tümüyle uluslararası bir anlayışa sahip olan Bohr, bir yandan da ülkesinin kültür kaynaklarına sıkı sıkıya bağlı bir Danimarkalı idi. 1939’dan yaşamının sonuna değin Danimarka Kraliyet Akademisi’nin başkanlığı görevini sürdürmüştür.